湖南
第十一章面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)
Python 是一種典型的面向?qū)ο缶幊陶Z言（OOP, Object-Oriented Programming）。從數(shù)據(jù)到函數(shù)，再到對象，是程序設(shè)計思想的自然演進的結(jié)果。
在面向?qū)ο缶幊讨，我們不再僅僅編寫函數(shù)處理數(shù)據(jù)，而是讓“對象”同時擁有屬性（數(shù)據(jù)）與方法（行為），使程序組織更加清晰、可復(fù)用、可擴展。
學(xué)習(xí)目標：
（1）理解類與對象的基本概念與關(guān)系。
（2）掌握類的定義、實例化、屬性與方法的使用。
（3）理解封裝機制與信息隱藏的意義。
（4）了解繼承與方法重寫的基本思想。
（5）理解多態(tài)與抽象類的設(shè)計動機。
（6）能編寫簡單的面向?qū)ο蟪绦，如學(xué)生管理、圖形建模或 AI 模型結(jié)構(gòu)原型等。
11.1 面向?qū)ο缶幊谈耪?/strong>
隨著程序規(guī)模擴大，僅依靠變量、函數(shù)和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（列表、字典等）難以管理復(fù)雜邏輯。OOP 提供了一種更高層次的建模方式，使我們能夠用“類”來描述事物，用“對象”來表達實際存在。
對象具有兩類基本特征：
? 屬性（Attributes）：描述是什么或擁有什么。
? 方法（Methods）：描述對象能做什么或如何行動。
在 OOP 中，我們關(guān)注的不僅是數(shù)據(jù)本身，更關(guān)注對象的職責(zé)與行為。
OOP 的四大核心特性：
? 抽象（Abstraction）
關(guān)注“做什么”，而非“怎么做”。屏蔽內(nèi)部實現(xiàn)，只暴露必要接口。
? 封裝（Encapsulation）
將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的方法打包為整體，封裝是實現(xiàn)抽象的重要手段，可使得對象成為可復(fù)用、可維護的模塊。
? 繼承（Inheritance）
代碼復(fù)用與層次化建模，通用的共性行為可抽象到基類，具體差異由子類實現(xiàn)。
? 多態(tài)（Polymorphism）
同一接口，不同實現(xiàn)。同一操作作用于不同類型的對象時，能夠自動觸發(fā)適合該類型的具體行為。
OOP 通過抽象、封裝、繼承與多態(tài)四大特性，將復(fù)雜系統(tǒng)分解為可理解、可復(fù)用、可擴展的模塊，提升代碼的結(jié)構(gòu)性與可維護性。
掌握 OOP 意味著擁有拆解大型問題、構(gòu)建長期價值系統(tǒng)的核心能力，是現(xiàn)代軟件工程的核心思維方式。
11.2 類與對象
11.2.1 類與對象的基本概念
類（Class）：對某類事物的抽象描述，是對象的“模板”。
對象（Object / Instance）：類的具體存在，是實際可用的實體。
例如：
類：Student
對象：某個具體學(xué)生，如“艾婉婷”
Python “一切皆對象”，數(shù)值、字符串、函數(shù)、模塊甚至類本身，都是對象。
示例：
# 輸出：汪汪！11.2.1.1類的定義
類通過 class 關(guān)鍵字定義：
# 類體內(nèi)容：類變量、實例變量以及方法等定義語句類名推薦使用“大寫開頭的駝峰命名法”，如 Student、Teacher、AIModel 等。
類體不能為空。如果在定義類時，尚未設(shè)計好類的屬性和方法，可使用 pass 占位：
pass11.2.1.2實例化與初始化方法
利用定義好的類創(chuàng)建對象的過程稱為“實例化”：
變量名 = 類名(參數(shù)列表)括號中的參數(shù)會傳遞給類的初始化方法 __init__()。
要注意的是：
? __init__ 是初始化方法（initializer），在對象創(chuàng)建后運行，用于設(shè)置實例狀態(tài)；
? 真正的構(gòu)造（allocation）由 __new__ 完成，通常不需要重寫除非進行自定義內(nèi)存分配或不可變類型初始化。
示例：
# 輸出：艾婉婷 的成績是 95 分。不是關(guān)鍵字，而是約定俗成的命名，表示當(dāng)前實例，會由 Python 自動傳入，用于訪問實例的屬性與方法。
11.2.2 實例屬性與類屬性
類的屬性可分為兩類：類屬性和實例屬性。
11.2.2.1類屬性
類屬性是在類體中直接定義的變量，位于類的頂層作用域內(nèi)。
比如：
shared = []類屬性屬于類本身，所有該類的實例共享同一份數(shù)據(jù)。
（1）可以通過 類名.類屬性名 直接訪問或修改類屬性。
（2）若通過 實例.類屬性名 = 值 形式賦值，并不會修改類屬性，而是在該實例上創(chuàng)建一個同名的實例屬性，從而“屏蔽”掉類屬性。
（3）若類屬性是可變對象（如 list、dict 等），所有實例共享同一個對象。若某一實例中修改該可變對象會影響所有實例。
示例（警示）：
print(x2.shared) # 會看到 [1]若需每個實例有獨立的可變數(shù)據(jù)，應(yīng)在 __init__() 中創(chuàng)建實例屬性。
11.2.2.2實例屬性
實例屬性通常在初始化方法 __init__() 中定義。
=
<值>
實例屬性用于描述實例的個性化數(shù)據(jù)，每個實例都有自己獨立的副本。
（1）可以通過 實例.屬性名 訪問屬性。
（2）當(dāng)通過 實例.屬性名 = 值 進行賦值時，若該實例屬性已存在則修改，若不存在則動態(tài)創(chuàng)建新的實例屬性（即使存在同名的類屬性）。
示例：
print(Robot.category) # 輸出: AI (類屬性本身不變)11.2.2.3 屬性查找順序
屬性查找的順序是：
實例屬性 → 類屬性 → 基類（按 MRO 順序）→ object
若使用多重繼承，基類的查找順序由類的 MRO（Method Resolution Order，方法解析順序） 決定。
11.2.3 實例方法、類方法與靜態(tài)方法
類中的方法類型與第一個參數(shù)有關(guān)。
11.2.3.1實例方法
實例方法至少包含一個參數(shù)，通常命名為 self，指向調(diào)用該方法的實例。
# self 指向?qū)嵗旧?/code>實例方法通常通過對象實例調(diào)用，例如 obj.method()。主要用于操作對象的狀態(tài)。
示例：
print(c1.count)實例方法也可以通過類來調(diào)用，但需要顯式傳入實例，比如：
Counter.increment(c1) 這在調(diào)試或元編程中偶爾有用，但不推薦在常規(guī)代碼中使用。
11.2.3.2類方法
類方法使用 @classmethod 裝飾，其第一個參數(shù)通常命名為 cls，指向類對象本身。
# cls 指向類對象本身類方法是作用于類本身而非具體實例的方法。通過 cls，類方法可以訪問和修改類屬性，也可以調(diào)用其他類方法。
類方法既可以通過類名調(diào)用，也可以通過實例調(diào)用。后者會將類作為第一個參數(shù)自動傳入，但語義上應(yīng)通過類調(diào)用以體現(xiàn)“操作類”的意圖。
示例：
Counter.show_total() # 當(dāng)前計數(shù)器數(shù)量：5類方法常用于操作類級狀態(tài)、實現(xiàn)備用構(gòu)造器或工廠方法。
p = Person.from_string("艾婉婷,18")11.2.3.3靜態(tài)方法
靜態(tài)方法使用 @staticmethod 裝飾，既沒有 self 也沒有 cls 參數(shù)，本質(zhì)上是一個與類邏輯相關(guān)聯(lián)的普通函數(shù)。
...靜態(tài)方法既可以通過類名直接調(diào)用，也可以通過實例調(diào)用，但其行為與調(diào)用者無關(guān)。
示例：
print(mytool.add(5,3)) # 通過實例調(diào)用靜態(tài)方法通常用于工具函數(shù)或與類概念相關(guān)但不訪問類/實例狀態(tài)的操作。
11.2.4 魔術(shù)方法
（Special/Magic Methods）以雙下劃線 __ 包圍，例如 __init__ 初始化、__str__ 字符串顯示、__eq__ 比較運算、__len__ 長度、__add__ 加法、__iter__ 迭代支持，等等。
通過實現(xiàn)這些方法，自定義對象可像內(nèi)建類型一樣被操作與組合。
示例：
print(p1 == p2) # 調(diào)用 __eq__()輸出：
True魔術(shù)方法支持運算符重載、屬性訪問、迭代和上下文管理等 Python 操作語義下的行為。
11.2.5 類與對象綜合示例與應(yīng)用
例 11.2.1：溫度轉(zhuǎn)換器類
項目描述：設(shè)計一個類，實現(xiàn)攝氏度與華氏度之間的轉(zhuǎn)換功能。
t.show()輸出：
36.5°C = 97.7°F該示例演示了如何在類中定義屬性與方法，讓對象自身具備轉(zhuǎn)換能力。
例 11.2.2：AI 模型類
項目描述：定義一個 AIModel 類，用于表示人工智能模型的基本信息與推理行為。
model.predict("[圖片數(shù)據(jù)...]")輸出：
[ImageNetClassifier v1.2] 正在處理輸入數(shù)據(jù)：[圖片數(shù)據(jù)...]通過類的封裝，可以方便地管理 AI 模型的元數(shù)據(jù)與方法接口，這是 AI 系統(tǒng)中最常見的對象化設(shè)計模式之一。
例 11.2.3：任務(wù)執(zhí)行計數(shù)器
項目描述：實現(xiàn)一個計數(shù)器類，用于統(tǒng)計任務(wù)的執(zhí)行次數(shù)。
TaskCounter.show_total()輸出：
已執(zhí)行任務(wù)總數(shù)：2此例展示了類屬性與類方法的結(jié)合使用，非常適合在批量任務(wù)調(diào)度或日志統(tǒng)計中使用。
小結(jié)
本次課介紹了面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷肱c關(guān)鍵構(gòu)成要素。類是對事物的抽象描述，對象是類的實例。通過 __init__ 方法可初始化實例，通過實例屬性與類屬性區(qū)分“個體數(shù)據(jù)”和“共享數(shù)據(jù)”，通過實例方法、類方法與靜態(tài)方法實現(xiàn)不同的職責(zé)分工。魔術(shù)方法使類的行為更符合 Python 的對象協(xié)議。
類與對象為程序提供了新的抽象層，使我們能夠以“事物”的思維組織邏輯。
下一課將進一步探討封裝、繼承特性，使對象系統(tǒng)形成結(jié)構(gòu)化、可復(fù)用的層次體系。
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